浅议水电站水库优化调度研究进展的思考

刘荣腾 金成云

【摘要】我国江西上饶地区从六十年代以来，该地区的水电装机容量在系统中所占的比重较大，几乎占据总容量一半的比重。然而，水库的调度管理工作面临许多的难题，具体而言，包括以下几个方面：一是水库的调节性能较差；二是水电站所处的地理位置过于分散；三是降水的时间与空间分布缺乏均匀性；四是水库综合利用各部门之间存在的矛盾日益突出。因此，江西上饶地区开展关于水库优化调度方面的应用研究，紧接着开展以下两个研究，一是全系统水电站群跨流域联调，二是双库联调。在二十年内，参与至考核中的水电站节约大量的增发电量，总量累计达到 68.386 亿 kW·h。大量实践表明，水库优化调度取得显著的效益。

【关键词】水电站水库；优化调度研究；进展

现阶段，总计10座大、中型的水电站由省网局进行统调，而总计5座中型的水电站由地区进行管理，其中，江西上饶大坳水库属于多年调节与年调节，其他绝大部分的水库多属于日调节与季调节。众多隶属于水利厅且并入至于网内的中、小型水电站大多数属于径流式电站，该类电站并无调节能力，给电力系统造成巨大的冲击。除此之外，水库调度管理过程中面临着众多的难题，分别是：一是日益突出的水库综合利用部门矛盾；二是过于分散的水电站；三是丰枯径流特性差异性显著；四是不同时段年内与年际来水缺乏稳定性，存在水位陡涨落的问题，加大预测的难度。因此，在开展水库优化调度研究的过程中，以上问题都需要予以重视。

一、水库优化调度的理论基础和技术特性

（一）常规水库调度方式

当前，国内外采用时历法这一常规水库调度方式，该方式通过使用大量的历史水文资料，在计算水能调节过程中，选用具有典型代表的来水过程，在进行水库调度图绘制时选用包络线，而后对水电站的运行加以指导。该调度方式具有显著的优势，也存在明显的不足。其中，其优点在于清晰简单，能够直观、明了的处理水库在运行过程中存在的各种因素。然而，其弊端则是水库优化理论基础不足，加之在使用过程中忽视对径流预报的充分考虑，过于呆板，灵活性不足，且存在盲目性，难以取得理想的效果。

（二）新编水库优化调度图

通过对多种优化理论进行综合的运用，例如：一是现代控制论；二是运筹学，三是决策理论；四是系统工程理论等，采用随机动态规划以及动态规划法。以往的常规调度图为调度线，仅仅是对时间与库水位等二维坐标加以考虑，而水库优化调度图采用择优计算方式编制而出，将以往的常规调度图扩展至调度曲线。该调度曲面考虑时间、入库流量以及库水位三维坐标，大大的提升水库调度决策的灵活性、针对性与实用性等。在进行优化调度方案编制的过程中，对于水电站之中的各种水位与来水组合进行充分的考虑。通过计算机的充分利用，对决策判别组合方案进行选择，从中选择最优的方案，而后得出最新编制的优化调度图，有效的弥补以往常规调度方式中的不足，极大的提升经济效益。

（三）水库优化调度的计算方式

通过应用动态规划理论，由一步多维转化为多步一维进行求解。按照时序将调节周期划分为以下三个部分：一是阶段；二是状态；三是策略。同时，按照最优策略进行状态转移，非常适用于模拟水库优化运行方式，选择具有严谨的理论基础，明晰数学概念的策略。安排水电站进行发电时，依照优化运行方式以及新编的调度图，除了要对当时的水库水位进行充分的考虑，更要考虑以下几个方面内容：一是水库的来水预报；二是所面临的时段径流的条件、概率以及分布特点等内容，以实际为出发点采用调度决策，满足电力系统对于水电站的电量平衡需求。同时，采取強有力的调度措施，充分挖掘出水库的潜力，能够最大化的获取效益期望值，有利于提升运行的安全性、稳定性与可靠性等。无论是水电生产，还是电网运行，促使两者的运行能量指标得到有效的改善。

二、水库优化调度方式及其特点

（一）单一水电站水库优化调度

在进行单库优化调度方案编制的过程中，采用优化理论，从而将全年内的各个时段优化运行方式确定，并且将其作为库群联调优化的重要基础。优化准则主要将以下两个方面作为目标：一是在调度周期内获得最多的发电量；二是获得最大化的水电站发电电能。对于相互靠近的两个时段径流，将其作为相互依赖关系的随机过程。也就是说，在对入库径流进行描述过程中采用马尔可夫链方式，且做相关的分析。通过采用马尔可夫链决策规划对随机模型进行求解，其中，调节周期为一年，调度计算时段是月或者是旬，依照设计以及相关条件，明确各种边界约束条件，例如：一是流量；二是发电出力；三是库水位。在开展逐时段与逆时序的调节计算过程中，采用动态规划方式。根据实际的情况，确定水库的水位与流量等状态变量的级数划分。同时，依据调度部门所提出的具体要求，确定决策变量。比如，可以以下内容中任意的选取一至两项，如一是平均出力；二是发电耗水量；三是时段末水位等，在对方案的优劣进行检查时，可采用偏离最优损失方式，通过应用效益与惩罚方式，为供电的保证率、可靠性提供重要保障。

（二）跨流域水库群联合优化调度

在全年各个时段对网内水电站群的优化运行策略进行确定，同时，对于水电站水库间的电力联系与水力联系应当进行统一的考虑。通过充分的利用各个水库两个方面特点：一是水文存在的不同步性；二是调节性能存在的差异，开展电力与库容的补偿调节，促使库群的总体效益得到充分的发挥。将电站群体最大的总效益作为优化目标，提高水电站运行的可靠性与经济性。此外，通过满足电力系统日负荷的平衡性，确保充分的利用各个电站的工作容量。

结语

综上所述，自从1979年，江西上饶开展水库优化调度，于2004年联调优化全系统中主要的水电站，直至2009年，经过三十年的经验总结，先后获得众多的研究成果，经过部与省级组织的技术鉴定，无论是在经济效益上，还是在社会效益上都获得显著的提升。

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